两种基因型蕹菜镉积累与其根际微生物的关系研究

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(广西壮族自治区 环境监测中心站，广西 南宁 530028)

镉(Cd)是一种动植物非必需的重金属元素，其在土壤中的活性较强，生物有效性高，易被植物吸收[1]。而植物对土壤重金属元素的吸收和积累与其所处的根际环境有密切联系[2]。在植物根际，存在着大量而不稳定的各种微生物群体，它们比表面大，带电荷，代谢活动旺盛，可通过多种作用方式引起重金属在根际环境中的分布、迁移机制、生物有效性的改变。陈能场[3]指出根际微生物本身及其活动都能影响重金属的化学行为；Feng[4]研究报道土壤微生物数量直接影响土壤的生物化学活性，土壤微生物的活动能减低金属的植物可利用性，减少植物体内的金属含量。但从根际角度分析不同基因型植物吸收重金属的差异性与其根际土壤微生物的关系未见报道。

王丽凤等[5]的调查结果表明，蔬菜中重金属含量大小顺序为：叶菜类>根茎类> 瓜果类；有研究认为叶菜对人类摄食Cd的贡献度达到83%[6]。蕹菜是我国南方常见叶用蔬菜，味道鲜美、营养丰富，很受欢迎。苏苗育等[7]、Wang等报道蕹菜吸收积累Cd的能力较强，因此其对人类的潜在Cd污染风险比较大[8]。所以通过自制根箱试验研究两种基因型蕹菜吸收重金属镉与其根际微生物的关系，探讨根际微生物区系对不同蕹菜品种Cd积累行为的影响，为筛选、培育和利用可食部分重金属低量积累作物品种奠定必要的理论基础。

1 材料与方法

1.1 供试材料

供试蕹菜(IpomoeaaquaticaForssk.)为台湾种严选柳叶(TW)， 由广州爱普农农业科技公司提供；强坤柳叶白骨(QK)，由广西灵山强坤蔬菜种子公司提供。

供试土壤来自广西南宁市农科所蔬菜地，其基本理化性质：pH值6.77，有机质3.49%，全氮1.58 g·kg-1，碱解氮98.20 mg·kg-1，速效磷 195.92 mg·kg-1，速效钾192.30 mg·kg-1，土壤全镉0.173 mg·kg-1。

1.2 试验方法

试验于2012年3月20日在广西蔬菜研究所的温室大棚内采用自制根箱栽培，根箱长20 cm、宽15 cm、高15 cm，参考Wang[9]根据实际情况进行修改。

将土壤风干，粉碎，过1 mm筛，加基肥，彻底混匀，平衡1周，小心装入自制的根箱。装完土后用水浇透，待土壤含水量为田间最大持水量的60%时，在根箱中央室播种，间苗，留3株蕹菜。日常管理中，浇水浇在非植物的区域，以促使根系向两边生长。

1.3 分析测定方法

在种植后40 d和60 d，称植株茎叶的干鲜质量，用HNO3-H2O2微波消解，原子吸收光谱仪测定镉的含量[10]。收集根际土和非根际土，稀释平板计数法测细菌、放线菌、真菌数量[11]。数据统计采用SPSS 10.0软件。

2 结果与分析

2.1 两种基因型蕹菜茎叶镉含量的差异

同一生长周期内，两种基因型蕹菜茎叶镉含量存在极显著差异(p<0.01)，见表1。台湾种严选柳叶茎叶中镉含量是强坤柳叶白骨的1.45倍，在两个生长阶段均表现为强坤柳叶白骨的茎叶含量远小于台湾种严选柳叶的茎叶含量，说明蕹菜吸收积累重金属镉在品种间存在基因差异性。

同一品种的茎叶镉含量在两茬之间在统计学上没有表现出差异性，但由表可看出第2茬的镉含量均大于第1茬的镉含量。这可能是由于第1茬蕹菜由于在生长期内，根系尚未完全发育成熟，没有第2茬蕹菜根系发达。另外，第1茬蕹菜生长期处于早春，环境温度较低，土壤中镉的活性亦较低，而第2茬处于温度较高的初夏，土壤镉活性较高，易于被植物吸收。李勇研究的黑麦草对土壤中Cd的吸收时也有相同的结论[12]。

表1两种基因型蕹菜茎叶镉Cd含量(mg·kg-1)
Tab.1 The Cadmium content of theIpomoeaaquaticaForssk

生长时间 Growth of time品种 Varieties强坤柳叶白骨 QK台湾种严选柳叶 TW第1茬 The first crop0.333±0.0520.426±0.117**第2茬 The second crop0.339±0.0960.487±0.054**

注： T-Test检验。**表示p<0.01水平差异显著，*表示p<0.05水平差异显著，下同。

2.2 两种基因型蕹菜根际微生物数量的比较

2.2.1同一品种蕹菜根际与非根际土壤微生物数量的比较。由方差分析的结果表明：3种微生物数量在根际与非根际间存在极显著差异(p<0.01)，这是由于植物根系分泌物和脱落物的存在促使根际微生物数量显著大于非根际的数量；根系分泌物越多，微生物生长越旺盛。蕹菜根际与非根际土壤中微生物数量以细菌数量最多，占微生物总量的75%以上，表明蕹菜田地有机物的分解和转化主要靠细菌类微生物来完成，见表2。

随着作物发育进程的增长，两个蕹菜品种的微生物数量变化趋势不同，强坤柳叶白骨的3种微生物数量均表现为第1茬的数量大于第2茬的数量，而台湾种严选柳叶却相反，表现为第1茬的数量小于第2茬的数量，在其它条件相似的情况下，可以认为这种变化是受基因型的差异或植物吸收重金属的因素影响。

2.2.2蕹菜不同品种微生物数量的比较。在同一生长期内，强坤柳叶白骨根际细菌、真菌、放线菌的数量均大于台湾种严选柳叶的微生物数量。在第1茬内，两个品种的放线菌数量差异最大，达到2.18倍；第2茬内细菌数量的差异较大，为1.45倍。这是由于不同基因型的植物分泌的分泌物种类和数量不同，导致同一物种的不同基因型之间对根际微生物的种群密度和数量有着不同的影响。

以根际微生物的数量与非根际微生物的数量之比作为根际效应，由表2可得强坤柳叶白骨的根际效应均大于台湾种严选柳叶的根际效应，由此说明，强坤柳叶白骨的根系分泌物对土壤微生物影响更大，而根际微生物代谢活动的产物，对根系的分泌作用既有刺激也有一定的制约作用。影响根系分泌物的产生，进而影响到根际环境。根际环境又可影响土壤中重金属的生物有效性，进而影响植物对土壤中重金属的吸收。

表2 两种基因型蕹菜根际和非根际土壤微生物数量比较(106个·g-1)Tab.2 Comparison of rhizospheric microorganisms between rhizosphere and non-rhizosphere

注：Indepentent-Samples T-Test检验。R,NR分别表示根际和非根际。

2.3 植物镉含量与根际微生物的相关性

植物茎叶镉含量与土壤中根际细菌、真菌、放线菌数量呈显著的负相关关系，说明根际微生物可减少植物吸收重金属，见表3。在两茬中，真菌与茎叶镉含量的相关性最强，细菌其次，放线菌第三，且第2茬的相关程度均大于第1茬的相关程度。这是由于随着植物生长发育的增长，植物根系发达，分泌的根系分泌物较多，再加上环境温度的升高，微生物生长较旺盛，抑制植物吸收重金属作用增强。

表3 两茬植物镉含量与根际微生物的相关性Tab.3 Correlation between Cadmium and rhizospheric microorganisms

把两种基因型蕹菜的两茬茎叶镉含量及两茬根际微生物的结果合并做相关性分析，得表4，分析结果进一步说明在植物生长的整个过程，根际微生物与茎叶中的镉含量始终呈显著的负相关关系，且相关程度为真菌(r=-0.833)>细菌(r=-0.782)>放线菌(r=-0.586)。这说明真菌在抑制植物吸收重金属方面起很大作用，可能是由于真菌通常是采用细胞内和细胞外的螯合物来固定重金属，减少重金属的移动性；还可将重金属固定在根部，抑制重金属从根向地上部的转运[13]。

表4 植物镉含量与根际微生物的相关性Tab.4 Correlation between the Cadmium and rhizospheric microorganisms

3 小结和讨论

国内自20世纪80年代以来对不同植物吸收累积重金属的差异作了不少研究，结果表明，种间(不同种、属)差异比较明显，种内(不同变种或品种)也存在明显差异。通过温室大棚根箱试验，研究了南方常用的蕹菜品种吸收累积Cd的差异性及其与根际微生物的关系，结果表明，蕹菜的不同品种对Cd的吸收累积具有明显的基因型差异，食用部位含Cd量可相差1.45倍以上，因此，在轻度Cd污染的农田土上以种植强坤柳叶白骨为好，减少土壤中的重金属通过食物链进入人体的危害。

试验还表明：种内根际、非根际的微生物数量及根际效应均存在显著差异，这是由于同一物种的不同基因型之间由于植物根系分泌物的不同对根际微生物的种群密度和数量有着不同的影响。这样的结论与其它植物的研究结果一致[14]。

土壤微生物数量直接影响土壤的生物化学活性，土壤微生物的活动能降低金属的植物可利用性，减少植物体内的重金属含量。由相关性分析也得微生物数量与植物茎叶镉含量存在显著的负相关关系，且相关程度为真菌>细菌>放线菌。

选育食用部位重金属含量明显较低的作物品种种植在中、轻度污染土壤上不失为一条经济有效的改良途径。造成不同植物在吸收累积重金属方面存在差异的原因很多，从根际微环境方面来看，本试验进一步表明，微生物可抑制植物对重金属的吸收，但对抑制植物吸收重金属起重要作用的优势菌种的筛选和鉴定还有待进一步研究。

参考文献：

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